超高感度 測位システム用レシーバ・ソフトウエア

 

iPhone, iPodiPad、各種アンドロイドやWindowsのスマート端末とサービスが普及して来ています。この様なサービス競争に勝つにはキラーアプリケーションをどの様に提供するか、が鍵になります。特に、位置情報サービス(LBS;Location Based Service)は重要なキラーアプリとして多くの企業がより優れたサービスを提供しようと激しい競争を繰り広げています。

 

この競争に勝つ重要なポイントが、精度と安定性に優れ、アプリケーションを短期、安価、容易に開発できる測位システムのレシーバです。その送信機となる衛星測位システムにはGPSの他にGLONASS,QZSS, Galileo、北斗、IRNSSなどがあります。GLONASSはロシア、QZSSは日本の準天頂衛星システム,Galileoは欧州連合、北斗は中国、IRNSSはインドの衛星測位システムです。これらのシステムの衛星数は2020年までに100を超える予定で、今後衛星による測位の精度が飛躍的に向上することが期待できます。

 

しかし、衛星だけでは地下街やビル内、ビル街での測位には限界があります。衛星からの電波がビルなどに当たって受信機が正確な位置を計算できなくなり、地下街には衛星の電波が届かないからです。そこで、日本発の技術としてIMESIndoor MEssaging Systemの普及が図られています。IMESを使えばこの様な問題は解決でき、屋内と屋外をシームレスに統合した測位サービスが可能になります。人間は時間の80%を屋内で過ごすと言われており、IMESの普及によりLBSの価値が飛躍的に上がるでしょう。

 

将来の測位用レシーバはこれらの電波源全てに対応できる必要があります。個人がスマートフォンやタブレットごとにレシーバを使い分ける姿は考え難いからです。 SPIRITのレシーバ・ソフトウエアはGPS, GLONASS, Galileo, QZSS, IMES全てに対応します。

 

GLONASSについて

ロシアはGLONASSGlobal Navigation Satellite System)を実用化段階にまで実現しました。2011年8月時点でGLONASS衛星コンステレーションを構成する衛星の数は27に達しています。これはGPSの衛星数30に比べて引けを取りません。

 

GPSGLONASSの主な相違点は;

1.GPSの軌道傾斜角が55度なのに対してGLONASS軌道傾斜角は65度。従って、日本などの高緯度地域での性能がGPSりも良い。

2.GLONASSの測位信号は衛星毎に送信される電波の周波数が異なる方式(FDMA Frequency Division Multiple Access)を採用している。更に、CDMA方式を加えた新しい衛星測位システムにより位置情報精度が2倍になると見込まれている。

となります。日本のユーザにとってGLONASSが価値があることが分かります。

GLONASSに関する詳細はhttp://www.glonass-ianc.rsa.ru/en/ をご覧ください。)

 

QZSSは未だ衛星が1つしかなく、2011年以降数年間の測位システムとしてGPSGLONASS以外に実用に耐えるものは無く、GPSGLONASSどちらにも対応するソリューションが現状ではベストだということになります。しかし、SPIRITは日本市場を重要と考えGPS, GLONASS, QZSS, IMES全てを1つでサポートできるソフトウエアレシーバを開発しました。

 

位置情報ベースサービス(LBS)はネット時代のキラーアプリケーションとしてますます重要性を高めてゆくなかで、サービスプロバイダや端末メーカが高精度、低費用、柔軟な測位用レシーバを導入することは必須と言えます。

 

GPS+GLONASS+QZSS+IMESレシーバ・ソフトウエア

 

超高感度

SPIRITGNSSレシーバはGPS専用のチップより感度が10~15dB優れており、革新的なテクノロジーを使って高速で位置決定を行います。 従ってレシーバが建築物の奥にあってもイフェモリス(Ephemeris、衛星の精密軌道情報)やアルマナック(Almanac, 他衛星の近似軌道暦情報)を取得できます。

 

安定性

このレシーバはGPSGLONASSQZSSグローバル・ナビゲーション・システムとIMESを同時にサポートし、コヒーレント蓄積技術を採用し、電磁波障害に対する耐性、慣性航法装置との統合、高度なサーチ精度とナビゲーション精度を提供します。これは、70%の位置情報サービス(LBS)がイニシャライズし、従来のGPSチップが位置情報の取得に失敗するという様な、これまで不可能と思われてきた屋内での利用にSPIRITのレシーバが理想的であることを示します。

 

低消費電力

SPIRITは過去10数年間、マスマーケット向けに洗練されたソフトウエア製品(アルゴリズム)を世界中に提供して来ました。 SPIRIT社のソフトウェア(アルゴリズム)は、多くの外部メモリを効率的に使い、CPU上で実行する様につくられています。 レシーバをソフトウェアのみで実現すると、ナビゲーションの開始時にはCPUの使用率は高くなりますが、その後は低いまま機能を継続します。 レシーバをハードウェアとソフトウェアの組合せで実現すると、メモリの使用量は大幅に下がり、CPU負荷は無視できる程になります。

 

従来のホスト・ベースの技術では、ナビゲーションアルゴリズムの一部はホストプロセッサが負担します。従って、処理負荷はシリコンチップとGPS ICに分散されます。GPS ICは電力消費量が多いのが問題です。

 

モバイルアプリとしては、端末の電池の持ちが良いというのは非常に重要です。特にスマートフォンでLBSを提供する場合には決定的に重要と言えます。

 

アプリケーションの開発期間、費用の低減

SPIRITGNSSレシーバをソフトウエアとして導入すると、APIを介して既存のLBSアプリケーションと柔軟に統合できます。その為、スマートフォンやタブレットなどでの位置情報ベースサービス(LBS, Location Based Service)とのインタフェースが取り易く、その変更にも柔軟に対応でき、新サービスの開発も短期で済み、開発費用が削減できます

このレシーバをインターネット携帯端末(タブレット、スマートフォン、ラップトップ、ネットブック、3G/4Gデータカードなど)に搭載するとGPSだけよりも優れた位置情報サービス(LBS)を提供して頂けます。

 

SPIRIT GPS+GLONASS+QZSS+IMESレシーバ・ソフトウエアの特徴とメリットは以下の様にまとめられます

·         GPSGLONASS両方をサポートするので、最大24衛星を使って、安定し、信頼性の高いナビゲーションを提供.

·         QZSSIMESをサポートするので、ビルの谷間やIMESのサービスエリア内なら屋内でも高精度の測位データを提供。

·         GLONASS軌道傾斜角は65度なので、屋内や衛星への見通しに制限がある場所(都市、森林、高地)でも信頼できるナビゲーションサービスが提供可能

·         超高感度。GPS専用チップより10~15dB優れている

·         高度の信号処理フィルタリング、対電波妨害アルゴリズムの統合により極めて高いナビゲーション精度を実現

·         ソフトウエアシステムなので、API経由でスマートフォン、タブレットなどに魅力的な位置情報サービスを柔軟に、短期に、高い費用対効果で開発、提供可能

·         端末機器のフレームワークに容易に統合でき、ホストプロセッサCPUの負荷を緩和

 

SPIRITナビゲーション・レシーバ・ソフトウエアのコンポーネント

SPIRITナビゲーション・レシーバ・ソフトウエアはハードウエア(無線フロントエンド)とソフトウェア・ナビゲーション・エンジンで構成します。ハードウェア部は安価、小型、低消費電力の小さなチップで、アンテナに接続してRF部分の処理だけを行います。 ソフトウェア部は端末機器のプロセッサ(ホスト)上で稼働し、仮想シリアルポートドライバとナビゲーションエンジンを含みます。

 

SPIRITナビゲーション・レシーバ・ソフトウエアの機能と仕様

SPIRIT超高感度GNSSレシーバは以下の機能を提供します:.

l  視野内のGPS(C/Aコード)GLONASS(STコード)QZSSからL1バンドの信号を受信し処理し、ポジショニングを行います。

l  現在のユーザーの位置(緯度、経度、高さ)、時間、速度、コースを継続的に出力します。

l  GPSGLONASSQZSSの衛星のアルマナックを受信し、蓄積し、更新します。

l  蓄積してあるイフェモリス、アルマナック、位置と時間の近似情報を使用するので短時間で起動します。

l  NMEA 0183 v.2.3プロトコルでデータを出力します。(ソフトウェア出力は既存のマッピングソフトウェアが理解できる業界標準のNMEAプロトコル及び現代の地理位置情報APIと互換性があります。)

l  更新周期をコーディネートします: 1 Hz1秒に1回)

l  IMESのレシーバとして機能します

主な仕様は以下の通りです。

精度

AGNSSスタート感度 (coarse time aiding uncertainty 2 sec,

position uncertainty 3 km, any type of ephemeris assistance)

-163 dBm

長時間のスイッチ・オフ後のホットスタート (time aiding uncertainty 30 sec, position uncertainty 50 km, any type of ephemeris assistance)

-162 dBm

コールドスタート感度

-156 dBm

ナビゲーション感度

-168 dBm

追跡感度

-169 dBm

ポジショニング精度

ポジショニング精度は以下の要素に依存します:

l  ユーザーの位置に関連する衛星の配列

l  衛星の高度

l  マルチパス

l  信号・ノイズ比率

信号強度 -180dBmHPDP<2、マルチパス無しの条件での標準値

Position in the autonomous mode (CEP)

3 m

Height in the autonomous mode (RMS)

8 m

Velocity (RMS)

時速29キロ(0.05 mps

初期位置算出時間

信号強度 -130 dBmでの標準時間

コールドスタート (アルマナック無し)

Ÿ  30 (標準時間)

Ÿ  50 (最長時間)

ウオームスタート (アルマナック有り, 位置と時間の近似情報有り)

Ÿ  28 (標準時間)

Ÿ  50 (最長時間)

ホットスタート (イフェモリス有り, アルマナック有り, 位置と時間の近似情報有り)

Ÿ  6 (標準時間)

Ÿ  12 (最長時間)

再取得

Ÿ  2 (最長時間)

チャンネル数

レシーバには追跡用のチャンネル数に制限はありませんが、位置決め用にGPS衛星を最大15機、GLONASS衛星を最大14機使います。 位置決めには、同じナビゲーションシステムから最低4機、または2つのナビゲーションシステムから最低5機からの情報が必要です。

使用上の制限

Maximum velocity

時速298km (515 mps)

Maximum height

18000 m

Maximum acceleration

5 G

Maximum jerk

2 G/

 

 

Spirit GPS+GLONASSレシーバ・ソフトウエアの資料はここをクリック

 

ナビゲーションのデモビデオをご覧頂けます。

下図をクリックし、開いたページの同じ図をクリックしてください。

http://www.spiritdsp.com/images/products/sssr-demo.gif

お問合せはKenConsultingまでお願いします。

アクセスは以下の通りです。

メール  support@kenconsul.com

携帯   070-5460-5495

 

 


SPIRITレシーバDuoStar-2000

 DuoStar2000SPIRIT GNSSレシーバソフトウエアをPCB上に搭載したスタンドアロン型の製品です。DuoStar-2000GPSGLONASSQZSSIMESシステム全ての利点を使い、衛星からの電波に対する障害物が多い環境でも、静止、移動オブジェクトのポジショニングでは最高の信頼性を提供します。 これはハードウェア(RFフロントエンド、FPGAベースのコリレータ)とソフトウェア(ナビゲーションデータ処理)で構成します。 この主な利点は、ソリューションを柔軟に展開できることにあります。つまり、広範囲のプラットフォームに容易に移植でき、ユーザー特有のアプリケーション用に最適化できます。

 

SPIRIT DuoStar-2000はサイズが小さく、BOMコストが低く、起動時間が短く、高性能の感度を持っています。 これらの特徴が一体になり、多くの衛星からの信号がブロックされる都市エリアでも、最高精度の位置情報、移動速度、時間情報の取得が可能になりました。消費者向けナビゲーションサービス用製品の部品としてお奨め致します。

 

この柔軟な開発アプローチのおかげで、SPIRIT DuoStar-2000レシーバは、オブジェクトの座標と移動速度を高精度で決定する必要のあるプロフェッショナルなナビゲーションシステムでもお使い頂けます。

SPIRIT DuoStar-2000の詳細はここをクリック。

 

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SPIRIT 超高感度GNSS レシーバ・ソフトウエア

デモンストレーションキット

 

SPIRITSPIRIT超高感度GNSSレシーバを体験して頂く為にデモ用のキットを提供します。

 

このデモキットを使えば、ソフトウエアだけでレシーバを構成した場合の超高感度技術の高さを実感して頂けます。 また、例えば他のGPSレシーバが全く機能しなかったり、SPIRIT超高感度GNSSレシーバよりも低い性能しか実現できない環境でも高い感度を維持できることを体験して頂けます。 その他、GPS衛星からの電波が建物などで妨害される様な都市環境で3つの衛星コンステレーションを使用することのメリットを体験して頂けます。

 

このキットにUSB-ドングルとケーブルアンテナが付いています。これらはデモ用のプロトタイプで、SPIRITの製品ではありません。 

 

ドングル

SPIRIT GNSSドングルは生のGPSGLONASSデータを受信するUSB機器です。右図はSPIRIT GNSSドングルの外観です。

 

SPIRIT GNSSドングルは、L1 GPS/GLONASS外部アンテナの接続が可能でありすぐに使用できます。 ドングルには、USBから5Vの電力が供給されるので外部電源は必要ありません。

 

この機器の主な機能は以下の通りです:

l  L1 GPS/GLONASS/GALILEO/QZSS/IMES信号の受信

l  サンプリング周波数 8.184MHz

l  2つの2ビットI/Q ADC - 1つはGPS/GALILEO信号用、他の1つはGLONASS信号用

l  SMAアンテナコネクタ

l  アンテナに3V20mAの電力を供給

l  USB2.0の高速インタフェイ

 

ケーブルアンテナ

ケーブルアンテナはドングルのSMAコネクタにネジ止めして使います。

 

デモ用ソフトウエアアンテナとアプリケーション

ドングルをUSBコネクタに挿入し、アンテナをSMAコネクタと接続し、デモキットに付属のソフトウエア(レシーバ・ソフトウエアとアプリケーション)をインストールします。 ドングルをPCのUSBコネクタに挿入し、アプリケーションを起動します。

下図はドングルがノートブックと接続し、アンテナと接続した状態です

 

デモアプリの起動と実行

インターネットによるイフェモリス提供サービスや、SkyHookやグーグルマップの様なサービスを使うならお使いのコンピュータをインターネットに接続してください。

デモアプリ、SSSRの実行は下図の要領で行います。

 

すると以下の様なSSSRアプリケーションのメインウィンドウが表示されます。

以下の画面コピーは201211月に日本・東京で実行した時のものです。

p1

各衛星の位置が画面左側に表示してあります。画面右側には衛星の関連情報を表示しています。

12衛星を捕捉し、全てを測位に使っています。ロシア国旗のマークが付いている衛星はGLONASSの衛星です。日本の国旗が付いているのは天頂衛星です。

IMESの送信機を捕捉すると以下の様に日本の国旗の上に傘のマークを付けて表示します。

Spirit IMES Satellite.JPG

(2012年 二子玉川ライズショッピングセンターで測定)

 

端末のナビゲーション履歴を以下に示します。

Navigation

端末の位置をグーグルマップ(ゼンリンの地図を使用)で表示しています。

Map

衛星からの信号受信レベルを以下に示します。

Power

 

その他のスクリーンショットをご覧になりたい方はKenConsultingまでお問合せください。

 

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